อนุภาค X17
| องค์ประกอบ | อนุภาคพื้นฐาน |
|---|---|
| สถิติ | โบโซนิก |
| ตระกูล | โบซอน |
| ปฏิสัมพันธ์ | กองกำลังที่ห้าที่เสนอ |
| สถานะ | สมมติฐาน / ยังไม่ได้รับการยืนยัน |
| เครื่องหมาย | X17 |
| ตั้งทฤษฎี | 2015 |
| มวล | 17.01 ± 0.16 MeV/ c 2 [ 1 ] |
| อายุขัยเฉลี่ย | 10 −14 วินาที[ 2 ] |
| สลายตัว เป็น | อิเล็กตรอนหนึ่งตัวและโพซิตรอน หนึ่งตัว |
| ประจุไฟฟ้า | 0 อี |
| สปิน | 0 หรือ 1 (กำลังถกเถียงกัน) |
อนุภาคX17 ( โบซอน X17 ) เป็นอนุภาคย่อยอะตอมสมมุติฐาน ที่เสนอโดยAttila Krasznahorkayและเพื่อนร่วมงานของเขาเพื่ออธิบายผลการวัดที่ผิดปกติบางอย่าง การวัดที่ผิดปกติเหล่านี้เรียกว่าความผิดปกติ ATOMKIหรือความผิดปกติของเบริลเลียม ( 8Be ) หรือ ความผิด ปกติX17 [ 3 ] [ 2 ] [ 4 ] [ 5 ]อนุภาคนี้ถูกเสนอขึ้นเพื่ออธิบายมุมกว้างที่สังเกตได้ในเส้นทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่เกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนสถานะนิวเคลียร์ของ นิวเคลียส เบริลเลียม-8และในนิวเคลียสฮีเลียม[ 6 ]อนุภาค X17 อาจเป็นตัวนำแรงสำหรับแรงที่ห้า ที่สมมติขึ้น ซึ่งอาจเชื่อมโยงกับสสารมืด[ 6 ] และได้รับการอธิบายว่าเป็น โบซอนเวกเตอร์แบบโปรโตโฟบิก (เช่น ไม่สนใจโปรตอน ) [ 7 ]ที่มีมวลใกล้เคียง17 MeV/ c 2 [ 6 ] — ซึ่งหนักกว่าอิเล็กตรอน ประมาณ 33 เท่า แต่ก็ยังเบามากสำหรับโบซอนนี่คือที่มาของชื่อ "X17" [ 5 ]
สมมติฐานนี้เกิดขึ้นจากการสังเกตวิถีโคจรมุมกว้างที่ไม่คาดคิดของ คู่อิเล็กตรอน-โพซิตรอน ( e + e − ) ที่เกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนสถานะนิวเคลียร์ของนิวเคลียส เบริลเลียม-8 ที่ถูกกระตุ้น พฤติกรรมเรโซแนนซ์ที่คล้ายกันนี้ได้รับการรายงานในภายหลังโดยทีมเดียวกันในการทดลองที่เกี่ยวข้องกับ นิวเคลียส ฮีเลียม-4และคาร์บอน-12หากได้รับการยืนยัน อนุภาค X17 อาจเป็นตัวนำแรงสำหรับแรงที่ห้าของธรรมชาติที่ไม่เคยรู้จักมาก่อน ซึ่งมักถูกอธิบายในแบบจำลองทางทฤษฎีว่าเป็นเวกเตอร์โบซอน "โปรโตโฟบิก" (ไม่สนใจโปรตอน) [ 5 ] [ 8 ]
เนื่องจากอนุภาค X17 ไม่ได้รับการทำนายโดยแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค การมีอยู่ของมันจึงต้องอาศัยการขยายทฤษฎีทางฟิสิกส์ในปัจจุบันอย่างมาก อนุภาคนี้ได้รับความสนใจอย่างมากในฐานะ "ประตู" สู่ภาคส่วนมืดโดยเสนอตัวเลือกที่เป็นไปได้สำหรับ ปฏิสัมพันธ์ ของสสารมืดและวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้สำหรับปริศนาทางฟิสิกส์ที่ยังคงค้างคาอยู่ เช่นโมเมนต์แม่เหล็กผิดปกติของมิวออน[ 8 ]
การทดลองอิสระหลายแห่งทั่วโลก เช่น การทดลอง NA64 ที่CERNการทดลอง MEG II ที่สถาบัน Paul Scherrerและการทดลอง PADME ที่Laboratori Nazionali di Frascatiได้ค้นหาหลักฐานของอนุภาค X17 โดยข้อมูลล่าสุดได้กำหนดข้อจำกัดที่เข้มงวดมากขึ้นเกี่ยวกับคุณสมบัติที่อนุญาต[ 8 ]
ประวัติศาสตร์
ในปี 2015 คราสนาฮอร์คายและเพื่อนร่วมงานของเขาที่ATOMKIสถาบันวิจัยนิวเคลียร์แห่งฮังการี ได้เสนอสมมติฐานเกี่ยวกับการมีอยู่ของอนุภาคโบซอน ชนิดใหม่ ที่มีมวลเบาประมาณ17 MeV/ c 2 (หนักกว่าอิเล็กตรอน ประมาณ 33 เท่า ) [ 9 ]ในความพยายามที่จะค้นหาโฟตอนมืดทีมงานได้ยิงโปรตอนไปที่เป้าหมายบางๆ ของลิเธียม-7 ซึ่งสร้าง นิวเคลียสเบริลเลียม-8 ในสถานะกระตุ้น จากนั้นสลายตัวไปยังสถานะพื้นฐานและสร้างอิเล็กตรอนและโพซิตรอนเป็น คู่ๆ [ 2 ]การสลายตัวส่วนเกินถูกสังเกตที่มุมเปิด 140° ระหว่างe+และอี−อนุภาคและพลังงานรวมประมาณ17 MeV/ c 2ซึ่งบ่งชี้ว่าเบริลเลียม-8 ที่ถูกกระตุ้นเพียงเล็กน้อยอาจปลดปล่อยพลังงานส่วนเกินออกมาในรูปของอนุภาคใหม่ ผลลัพธ์นี้ได้รับการทำซ้ำโดยทีมงานสำเร็จ[ 6 ]
เฟงและคณะ (2016) [ 10 ]เสนอว่าโบซอน X ที่ "ไม่ชอบโปรโตโปรโต" ซึ่งมีมวลเท่ากับ16.7 MeV/ c²การลดการเชื่อมต่อระหว่างโปรตอนกับนิวตรอนและอิเล็กตรอนใน ช่วง เฟมโตเมตรอาจอธิบายข้อมูลได้ แรงนี้อาจอธิบาย ความผิดปกติของมิวออน g − 2และเป็นตัวเลือกสำหรับสสารมืดได้(ณ ปี 2019)มีการทดลองวิจัยหลายอย่างที่กำลังดำเนินการอยู่เพื่อพยายามตรวจสอบหรือหักล้างผลลัพธ์เหล่านี้[ 9 ] [ 10 ]
Krasznahorkay (2019) [ 3 ]ได้โพสต์เอกสารก่อนตีพิมพ์ประกาศว่าเขาและทีมงานของเขาที่ ATOMKI ได้สังเกตเห็นความผิดปกติในการสลายตัวของอะตอมฮีเลียมที่เสถียรได้สำเร็จเช่นเดียวกับที่สังเกตได้ในเบริลเลียม-8 ซึ่งเป็นการเสริมความแข็งแกร่งให้กับกรณีการมีอยู่ของ อนุภาค X17 [ 3 ]
เรื่องนี้ได้รับการรายงานในวารสารศาสตร์วิทยาศาสตร์โดยเน้นไปที่ผลกระทบที่การมีอยู่ของ อนุภาค X17 และแรงที่ห้าที่สอดคล้องกันจะมีต่อการค้นหาสสารมืด[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]
ในปี 2021 การประชุมเชิงปฏิบัติการ "การเปิดเผยความจริงเกี่ยวกับ X17" จัดขึ้นที่ Centro Enrico Fermi ในกรุงโรม ประเทศอิตาลี การประชุมเชิงปฏิบัติการนี้ได้หารือเกี่ยวกับความผิดปกติของ ATOMKI และการตีความทางทฤษฎี รวมถึงการทดลองในอนาคตเพื่อยืนยันและอธิบาย[ 14 ]หนึ่งในการทดลองที่วางแผนจะทำการทดลองลิเธียม-เบริลเลียม ATOMKI ซ้ำอีกครั้งคือ MEG II ที่สถาบัน PSIการวัดผลได้รับการวางแผน (ในปี 2021) ให้เสร็จสิ้นในปี 2022 [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]นอกจากนี้Université de Montreal ยังมีการทดลองที่พยายามจำลองการวัด ATOMKI โดยใช้ Tandem Van de Graaff Facility ขนาด 6 MV (6 เมกะโวลต์) ในมอนทรีออล โดยคาดว่าจะเริ่มเก็บข้อมูลในช่วงต้นปี 2023 [ 18 ]
ในปี 2022 Krasznahorkay และคณะได้เผยแพร่เอกสารฉบับร่างอีกฉบับหนึ่งซึ่งสนับสนุนสมมติฐานอนุภาค X17 [ 19 ]
การทดลอง NA64และNA62ของCERNได้รายงานผลการค้นหาที่ดำเนินการในปี 2021 [ 20 ] [ 21 ]และ 2023 [ 22 ] [ 23 ]ตามลำดับ ซึ่งได้กำหนดข้อจำกัดที่เข้มงวดสำหรับการมีอยู่ของอนุภาค X17
ในช่วงต้นปี 2023 การทดลอง MEG II ได้ทำการจำลองการทดลองลิเธียม-เบริลเลียมของ ATOMKI; ณ เดือนมกราคม 2024 ผลลัพธ์ยังไม่ได้รับการเผยแพร่ (แม้ว่าจะทำการวัดในช่วงต้นปี 2023 ก็ตาม) [ 24 ]ณ เดือนกันยายน 2024 การวิเคราะห์ผลการวัดเสร็จสิ้นแล้ว แต่ยังไม่มีการเผยแพร่บทความ[ 25 ]
ในการนำเสนอในงานประชุมเมื่อเดือนมิถุนายน ปี 2025 สมาชิกคนหนึ่งของคณะทำงานโครงการทดลอง MEG II ได้อธิบายผลการค้นหาอนุภาค X17 ดังนี้ (คำพูดที่ยกมาโดยตรง):
"กระบวนการ [ลิเธียม-7 -> เบริลเลียม-8] ได้รับการศึกษาสำเร็จด้วย MEG II โดยใช้ CW [เครื่องเร่งอนุภาคค็อกครอฟต์-วอลตัน] ไม่พบเหตุการณ์เกินอย่างมีนัยสำคัญ ยกเว้นการสังเกตของ ATOMKI ที่ระดับความเชื่อมั่น 94%" [ 26 ] [ 27 ]
ผลการค้นหา MEG II ได้รับการอธิบายไว้ในบทความ: [ 28 ]
ในปี 2023 กลุ่ม ATOMKI ได้ขยายการค้นพบของพวกเขา โดยรายงานการสังเกตความผิดปกติ X17 ในการสลายตัวของ Giant Dipole Resonance ของเบริลเลียม-8 ซึ่งชี้ให้เห็นว่าอนุภาคสามารถสร้างขึ้นได้ทั้งในการเปลี่ยนสถานะพื้นฐานและสถานะกระตุ้น[ 29 ]นอกจากนี้ ในช่วงต้นปี 2024 กลุ่มวิจัยอิสระจากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์ VNU ในเวียดนามได้อ้างว่าได้จำลองความผิดปกติของเบริลเลียม-8 ของ ATOMKI ได้สำเร็จ โดยใช้สเปกโตรมิเตอร์อิเล็กตรอน-โพซิตรอนแบบสองแขนชนิดที่แตกต่างกัน ทีมงานรายงานการยืนยันการมีอยู่ของความผิดปกติ ซึ่งถือเป็นการสนับสนุนการสังเกตการณ์อิสระครั้งสำคัญครั้งแรกสำหรับสัญญาณนี้[ 30 ]
สำรวจ
อนุภาค X17 ถูกตั้งทฤษฎีว่าเป็นโบซอน กลางเบาตัวใหม่ ที่มีมวลประมาณ 17 MeV / c² [ 8 ]สปินและพาริตีที่แน่นอน ของอนุภาคยังคงเป็นหัวข้อถกเถียงกันอย่างเข้มข้นในหมู่นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี แบบจำลองเชิงปรากฏการณ์ต่างๆ ได้เสนอให้ X17 เป็นอนุภาคเวก เตอร์แอ็กเซียลเวกเตอร์ หรืออนุภาคเพสโดสเกลาร์ เพื่อให้สอดคล้องกับทั้งความผิดปกติทางจลนศาสตร์ที่สังเกตได้และข้อจำกัดที่เข้มงวดซึ่งกำหนดโดยข้อมูลเครื่องเร่งอนุภาคในอดีต
งานวิจัยเชิงทฤษฎีล่าสุดยังได้สำรวจความเป็นไปได้ที่อนุภาค X17 จะมีคู่ควบไครัลกับควาร์ก กรอบไครัลนี้สร้างคู่ควบเวกเตอร์และคู่ควบแกนเวกเตอร์ตามธรรมชาติ ซึ่งคล้ายกับ ปฏิสัมพันธ์อ่อนของแบบจำลองมาตรฐานซึ่งอาจช่วยให้สัญญาณ ATOMKI ที่รายงานสอดคล้องกับข้อจำกัดการทดลองอื่นๆ ได้[ 31 ]
เชิงทฤษฎี
เนื่องจากโบซอนพลังงาน 17 MeV ไม่ได้รับการทำนายโดยแบบจำลองมาตรฐาน การมีอยู่ของมันจึงต้องอาศัยการนำเสนอโครงสร้างทางฟิสิกส์ใหม่ๆ ทฤษฎีหลักสองประเภท ได้แก่ ส่วนขยายที่ " เหนือกว่าแบบจำลองมาตรฐาน " (BSM) และการตีความใหม่ของปรากฏการณ์ควอนตัมที่มีอยู่
กองกำลังที่ห้า
การตีความ BSM ที่โดดเด่นที่สุดระบุว่าอนุภาค X17 ทำหน้าที่เป็นเกจโบซอนที่นำพาแรงสำหรับแรงที่ห้าในธรรมชาติในเชิงสมมติฐาน แบบจำลองในยุคแรกอธิบายสิ่งนี้ว่าเป็นแรง "โปรโตโฟบิก" ซึ่งหมายความว่าอนุภาค X17 จะจับคู่กับนิวตรอนและอิเล็กตรอน เป็นหลัก ในขณะที่ไม่สนใจโปรตอนเป็น ส่วนใหญ่ [ 32 ]
ภาคส่วนมืด
นอกจากนี้ X17 ยังถูกตั้งสมมติฐานอย่างกว้างขวางว่าทำหน้าที่เป็นตัวกลาง "ประตู" ระหว่างสสารธรรมดาและภาคส่วนมืด ที่ซ่อนอยู่ ในกรอบเหล่านี้ X17 อาจมีบทบาทสำคัญในปฏิสัมพันธ์ทางความร้อนและการสลายตัวของตัวเลือกสสารมืด[ 32 ]
ทฤษฎีเมซอน QED
แนวทางทฤษฎีทางเลือกอีกทางหนึ่งโต้แย้งว่า X17 ไม่ใช่อนุภาคพื้นฐานใหม่โดยแท้จริง แต่เป็นการกระตุ้นแบบรวมหมู่ภายในกรอบของควอนตัมอิเล็กโทรไดนามิกส์ (QED) ผู้สนับสนุนทฤษฎีนี้เสนอว่าพลวัตที่ไม่รู้จักในภาคส่วน QED อาจทำให้ควาร์กและแอนติควาร์กที่มีมวลเบาสามารถผูกพันและถูกกักขัง ก่อให้เกิด "เมซอน QED" ที่เป็นกลางและมีเสถียรภาพสูง[ 33 ] [ 34 ]ภายใต้การตีความนี้ สัญญาณ 17 MeV ที่ผิดปกติจะสอดคล้องกับมวลไม่แปรผันของสถานะประกอบนี้มากกว่าที่จะเป็นตัวพาแรงพื้นฐานใหม่
ความสงสัย
ข้อมูล ณ เดือนธันวาคม2562 เอกสาร ATOMKI ที่อธิบายถึงอนุภาคนี้ยังไม่ได้รับการตรวจสอบโดยผู้ทรงคุณวุฒิดังนั้นจึงควรพิจารณาว่าเป็นข้อมูลเบื้องต้น[ 35 ]ในช่วงปลายปี 2019 มีการตีพิมพ์เอกสารติดตามผลในActa Physica Polonica B [ 1 ] ความพยายามของCERNและกลุ่มอื่นๆ ในการตรวจจับอนุภาคนี้อย่างอิสระยังไม่ประสบความสำเร็จจนถึงขณะนี้[ 36 ]
กลุ่ม ATOMKI อ้างว่าพบอนุภาคใหม่อื่นๆ หลายชนิดในช่วงต้นปี 2016 แต่ได้ละทิ้งข้ออ้างเหล่านี้ในภายหลังโดยไม่มีคำอธิบายว่าอะไรเป็นสาเหตุของสัญญาณปลอม กลุ่มนี้ยังถูกกล่าวหาว่าเลือกเฉพาะผลลัพธ์ที่สนับสนุนอนุภาคใหม่ในขณะที่ละทิ้งผลลัพธ์ที่เป็นศูนย์[ 7 ] [ 37 ]
อนุภาค X17 ไม่สอดคล้องกับแบบจำลองมาตรฐานดังนั้นการมีอยู่ของมันจึงต้องได้รับการอธิบายด้วยทฤษฎีอื่น[ 4 ]
การทดลองเฉพาะหลายครั้งได้ทดสอบสมมติฐาน X17 เมื่อเร็วๆ นี้ ในช่วงปลายปี 2024 ความร่วมมือ MEG II ที่สถาบัน Paul Scherrer ได้เผยแพร่ผลลัพธ์ของการเก็บข้อมูลเฉพาะเป็นเวลาสี่สัปดาห์โดยใช้สเปกโตรมิเตอร์แม่เหล็ก การตรวจสอบปฏิกิริยาเดียวกันกับ ATOMKI ทำให้ MEG II ไม่พบสัญญาณที่สำคัญสำหรับอนุภาค X17 ซึ่งกำหนดข้อจำกัดใหม่ที่เข้มงวดเกี่ยวกับอัตราส่วนการแตกแขนง[ 38 ]ในทางกลับกัน การทดลอง Positron Annihilation into Dark Matter Experiment (PADME) ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Frascati ได้ดำเนินการสแกนเรโซแนนซ์ที่มีเป้าหมายสูงในปี 2025 โดยการยิงลำแสงโพซิตรอนไปที่เป้าหมายคงที่และเปลี่ยนแปลงพลังงานศูนย์กลางมวลระหว่าง 16.4 และ 17.4 MeV พวกเขาค้นหาการผลิตเรโซแนนซ์โดยตรงของ X17 ( ) ความร่วมมือนี้ใช้การวิเคราะห์แบบ "ปิดบัง" เพื่อป้องกันอคติของนักวิจัย เมื่อเปิดเผยข้อมูล พวกเขารายงานเหตุการณ์เกินระดับปานกลางที่ประมาณ 16.90 MeV ซึ่งสอดคล้องกับมวลที่คาดไว้ของ X17 อย่างใกล้ชิด แม้ว่าในปัจจุบันจะยังคงมีนัยสำคัญทางสถิติในระดับปานกลางที่ประมาณ 2 ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน[ 39 ] [ 40 ]
แบบจำลองทางทฤษฎีที่กำลังพัฒนา
แบบจำลองก่อนหน้านี้สันนิษฐานว่า X17 เป็นเพียง "โฟตอนมืด" (โบซอนเวกเตอร์) แต่กรอบทฤษฎีที่ใช้อธิบายสัญญาณ X17 ได้พัฒนาไปอย่างมากเนื่องจากมีข้อจำกัดใหม่ๆ จากการทดลองฟิสิกส์อนุภาคเกิดขึ้น ทำให้เหล่านักทฤษฎีต้องพัฒนาแบบจำลองที่ซับซ้อนมากขึ้น
การเชื่อมต่อแบบไครัลและแบบแอกเซียลเวกเตอร์
การวิเคราะห์ข้อมูลคาร์บอน-12 ไม่สนับสนุนสถานการณ์โบซอนแบบ "เวกเตอร์" อย่างแท้จริง ในทางกลับกัน นักทฤษฎีเสนอว่าหาก X17 เป็นอนุภาคสปิน-1 มันน่าจะมีคู่ควบแบบ "ไครัล" หรือ "เวกเตอร์แกน" กับควาร์กและเลปตอน ซึ่งคล้ายกับแรงอ่อนของแบบจำลองมาตรฐาน เพื่อหลีกเลี่ยงข้อจำกัดที่เข้มงวดซึ่งกำหนดโดยการทดลองการสลายตัวของไพอน[ 41 ] [ 42 ]
สมมติฐานเมซอน QED
แนวทางทฤษฎีทางเลือกอีกทางหนึ่งโต้แย้งว่า X17 ไม่ใช่อนุภาคพื้นฐานใหม่ที่อยู่ใน "ภาคส่วนมืด" เลย นักฟิสิกส์ Cheuk-Yin Wong ได้เสนอว่าสัญญาณ 17 MeV แสดงถึง "สถานะที่ถูกจำกัด" ของควอนตัมอิเล็กโทรไดนามิกส์ (QED) ที่ไม่เคยสังเกตมาก่อน ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วคือเมซอน QED ไอโซสเกลาร์[ 43 ]
ลิงก์ไปยังความผิดปกติอื่นๆ
นักทฤษฎีบางคนเสนอว่าเวกเตอร์โบซอน X17 ที่มีการจับคู่ไครัลเฉพาะสามารถอธิบายความผิดปกติของ ATOMKI ความผิดปกติของมิวออนที่มีมายาวนานและการเลื่อนแลมบ์ของมิวออนิกได้พร้อมกัน[ 44 ]
ดูเพิ่มเติม
{{cite arXiv}}: CS1 maint: numeric names: authors list ( link ){{cite book}}: CS1 maint: DOI ไม่ใช้งานแล้วตั้งแต่เดือนมีนาคม 2026 ( ลิงก์ )